一種在線檢測農(nóng)藥濃度的裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型根據(jù)不同濃度農(nóng)藥吸光度不同的特性，再結(jié)合CCD傳感器能夠同時(shí)感光的特點(diǎn)，提出了一種利用的LED平行光源，CCD傳感器接收光強(qiáng)，來實(shí)現(xiàn)對光照區(qū)域內(nèi)的一片農(nóng)藥濃度在線檢測的裝置。該裝置主要包括：LED平行光源（1）、透明流道（2）、混藥出口（3）、外殼（4）、凸透鏡（5）和CCD傳感器器（7）組成的光強(qiáng)接收系統(tǒng)（6）、混藥進(jìn)口（10）和穩(wěn)壓電源（11）、運(yùn)放電路（8）、單片機(jī)（9）組成。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)、利用該裝置測試濃度，測試反應(yīng)速度快、能連續(xù)在線檢測光照的一片區(qū)域內(nèi)混藥濃度。
【專利說明】一種在線檢測農(nóng)藥濃度的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及農(nóng)藥濃度在線檢測裝置，尤其屬于植物保護(hù)領(lǐng)域和傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]混藥是機(jī)械化施藥的第一步，傳統(tǒng)的預(yù)混藥方式是施藥人員事先計(jì)算農(nóng)藥量，由人來混藥至均勻，但是如果計(jì)算量和實(shí)際用量有誤差的話就存在農(nóng)藥的浪費(fèi)、污染環(huán)境的現(xiàn)象，而且混藥時(shí)施藥人員直接接觸到農(nóng)藥存在中毒隱患的問題。在線混藥實(shí)現(xiàn)藥箱和水箱分開
[0003]可以有效的解決預(yù)混藥存在的問題，在線混藥裝置可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥濃度按需改變，在病蟲害嚴(yán)重區(qū)域提高藥液濃度，在病蟲害較輕區(qū)域降低藥液濃度，達(dá)到根據(jù)病蟲害程度按需混藥。
[0004]要實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥濃度按需改變，這就要求一種能夠在線檢測農(nóng)藥濃度的裝置，該裝置采集濃度信號作為反饋控制藥流量，本發(fā)明針對這種要求，設(shè)計(jì)了一種混藥濃度在線檢測的裝置及其方法，可以實(shí)現(xiàn)對光照區(qū)域內(nèi)的一片混藥濃度的在線實(shí)時(shí)檢測。這種在線混藥濃度測量裝置與單片機(jī)開發(fā)板組合，還可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥濃度的實(shí)時(shí)顯示?？梢杂脕碜鳛榛焖幯b置性能的評價(jià)檢測裝置。
[0005]在對現(xiàn)有液體濃度檢測的檢索中，申請者發(fā)現(xiàn) 申請日期:1996.3.25申請?zhí)?6208109.4中國專利《液體濃度光電在線檢測傳感器》和 申請日期:為2008.1.16，申請?zhí)?00810019185.5的中國專利《液體濃度檢測裝置及檢測方法》都是利用不同濃度的溶液具有不同折光率的特點(diǎn)檢測濃度， 申請日期:2011.11.18，申請?zhí)?01110367027.0的中國專利《激光混藥濃度在線檢測的方法及其裝置》提出根據(jù)不同濃度溶液折光率不同的特點(diǎn)，結(jié)合激光技術(shù)，提出了一種使用激光作為光源來實(shí)現(xiàn)混藥濃度在線監(jiān)測的裝置。但是上述幾種檢測方法檢測的僅僅是濃度場空間中光線走過的單點(diǎn)的濃度信息，而非混藥區(qū)域的濃度信息。 申請日期:2010.12.24申請?zhí)?01010603080.1中國專利《液體混合濃度場檢測方法》可以對混合區(qū)域濃度進(jìn)行檢測，但需要利用CCD照相機(jī)再進(jìn)行圖像處理，還需要示蹤粒子，技術(shù)復(fù)雜。申請日2010.05.18，申請?zhí)?01010176201.9中國專利《用于對液體濃度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測的光學(xué)檢測裝置》外別的都不能對一片混合區(qū)域濃度進(jìn)行檢測，但需要步進(jìn)電機(jī)控制光程差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不能對混藥濃度進(jìn)行在線檢測。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對已有發(fā)明的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型根據(jù)不同濃度農(nóng)藥吸光度不同的特點(diǎn)，結(jié)合CCD傳感器，提出了一種使用LED平行光源，CCD傳感器接收光來實(shí)現(xiàn)對光照區(qū)域的一片混藥濃度在線監(jiān)測的裝置。
[0007]本實(shí)用新型依據(jù)的原理為朗伯比爾定律:當(dāng)一束均勻平行的單色光通過吸光物質(zhì)溶液后，光的吸光度與溶液液層厚度和溶液濃度的乘積成正比，即:[0008]A=Ig (10/I) =adc(1)
[0009]A為吸光度，Itl為入射光強(qiáng)度，I為透射光強(qiáng)度，d為液層厚度，c為溶液濃度，a為比例常數(shù)。
[0010]使用CCD傳感器進(jìn)行測定光強(qiáng)時(shí)，10U分別改稱為所要測的入射光灰度值g(1和它穿過樣品后的透射光灰度值g，A就稱為光密度0D，式(I)可改寫為
[0011]OD=Ig (g0/g)(2)
[0012]在X-Y平面上對某點(diǎn)(X，y)來講，取一個(gè)無限小區(qū)域(X — x+dx, y — y+dy),式
(2)可以改寫為
[0013]OD (x, y) =Ig(g0 (x, y) /g(x, y)) =adc(3)
[0014]式(3)可以改寫為
[0015]Ig [go (χ, y) 1-1g [g (χ, y) I =adc(4)
[0016]由于入射光灰度值一定，所以lg[gQ(x，y)] 一定，所以c與透射光灰度值g(x, y)成對應(yīng)關(guān)系。我們可以預(yù)先配置好包含純水在內(nèi)濃度等差遞增的該農(nóng)藥若干份，在最佳的LED光源供電電壓下，用調(diào)好最佳曝光時(shí)間的CCD傳感器測出其每個(gè)農(nóng)藥濃度對應(yīng)的g(x，y)值，制出g(x，y)_C標(biāo)準(zhǔn)曲線圖，然后通過在線檢測未知農(nóng)藥濃度下的g(x，y)值，來對應(yīng)g (X，y) -C標(biāo)準(zhǔn)曲線圖，快速得到該農(nóng)藥濃度。
[0017]本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種在線檢測農(nóng)藥濃度的裝置，包括穩(wěn)壓電源11、運(yùn)放電路8、單片機(jī)9，還包括LED平行光源1、透明流道2、混藥出口 3、外殼4、凸透鏡5、CXD傳感器7、混藥進(jìn)口 10組成；其特征在于:LED平行光源I垂直照射流道2且有穩(wěn)壓電源11供電；C⑶傳感器7與LED平行光源I和凸透鏡5在一條中心線上，CXD傳感器7與運(yùn)放電路8連接，再與單片機(jī)連接，單片機(jī)對CXD傳感器7進(jìn)行信號采集；LED平行光源I和外殼4是卡口連接，凸透鏡5與CXD傳感器7組成光強(qiáng)接收系統(tǒng)6，光強(qiáng)接收系統(tǒng)6和外殼4是卡口連接；透明流道2、混藥進(jìn)口 10和混藥出口 3均用用高透光性耐高壓塑料制成；外殼4由不透光材料做成。
[0018]CXD傳感器7為一個(gè)光電二極管陣列，包括線性CXD傳感器和面陣(XD。
[0019]LED平行光源I是由發(fā)光二極管和燈罩組成，額定工作電壓2.7^3.5V，發(fā)白光，可以通過改變穩(wěn)壓電壓大小來調(diào)節(jié)LED平行光源I光強(qiáng)大小，LED平行光源I光強(qiáng)調(diào)節(jié)范圍800(Tl4000mCd。當(dāng)測量濃度較小的農(nóng)藥溶液時(shí)調(diào)整穩(wěn)壓電壓使LED平行光源I光強(qiáng)較小，當(dāng)測量濃度較大的農(nóng)藥溶液時(shí)調(diào)整穩(wěn)壓電壓至LED平行光源I光強(qiáng)較大。
[0020]CXD傳感器7曝光時(shí)間可調(diào)，范圍為33.75μ s^lOOms,當(dāng)測量濃度較小的農(nóng)藥溶液時(shí)將曝光時(shí)間調(diào)小，當(dāng)測量濃度較大的農(nóng)藥溶液時(shí)將曝光時(shí)間調(diào)大?？膳c改變穩(wěn)壓電源電壓大小配合使用。
[0021]用該裝置進(jìn)行農(nóng)藥濃度檢測時(shí)，Rl=4.7ΚΩ，R=IOK Ω，R3=1K Ω，Cl=InF,C2=100nF，LMV358為放大元件。I為輸入端，5為輸出端。
[0022]在采用該裝置實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥濃度在線檢測前先制定農(nóng)藥濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線圖。具體步驟為:
[0023]第一步:打開該農(nóng)藥濃度在線檢測裝置，調(diào)整最佳的LED平行光源供電電壓和CXD的曝光時(shí)間。最佳的LED平行光源供電電壓和CCD的曝光時(shí)間是指能使CCD傳感器的每個(gè)像素都處于非飽和但又無限接近飽和狀態(tài)時(shí)的LED平行光源供電電壓和CCD的曝光時(shí)間；[0024]第二步:配置濃度等差遞增的農(nóng)藥若干份；一般為十份。
[0025]第三步:將其中一份農(nóng)藥與水混合后通過混藥進(jìn)口 10流入透明流道2中，LED平行光源I照射透明流道2 ；
[0026]第四步:(XD傳感器7吸收凸透鏡5折射的光，將產(chǎn)生的信號通過放大電路放大后傳遞給單片機(jī)；單片機(jī)記錄該信號為g(x, y)0;
[0027]為了減少誤差，單片機(jī)可連續(xù)采集100次，記錄相應(yīng)的100次信號，g (x, y) 0取其平均值。單片機(jī)采集的是數(shù)據(jù)是所有像素點(diǎn)灰度值得和；
[0028]第五步:對剩余的不同濃度的農(nóng)藥依次按照上述第三步至第四步的方法操作，獲得各自對應(yīng)的信號值g(x，y)i (i>0);最終得到一張灰度值g(x，y)i與濃度c相對應(yīng)的關(guān)系表;
[0029]第六步:運(yùn)用回歸擬合法得到灰度值g(x，y)i與濃度c的關(guān)系式，建立模型。
[0030]采用該裝置實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥濃度在線檢測的方法:
[0031]第一步:使待測未知濃度農(nóng)藥通過混藥進(jìn)口 10，從透明流道2持續(xù)通過；
[0032]第二步:LED平行光源I照射透明流道2，CXD傳感器7接受凸透鏡5折射的光信息，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柦?jīng)過放大電路傳遞給單片機(jī)；
[0033]第三步:單片機(jī)將該信號值帶入模型，實(shí)時(shí)計(jì)算出該未知溶液的濃度值。 [0034]本發(fā)明的有益效果是:結(jié)構(gòu)簡單、成本低、反應(yīng)速度快、能連續(xù)在線檢測光照的一片區(qū)域內(nèi)混藥濃度等。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]圖1是本濃度檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖2是光通過吸光物質(zhì)的示意圖。
[0037]圖3是運(yùn)放電路。
[0038]圖中，I一LED平行光源，2—透明流道，3—混藥出口，4一外殼，5—凸透鏡，6—光強(qiáng)接收裝置，7 —CCD傳感器，8一運(yùn)放電路，9—單片機(jī)，10—混藥進(jìn)口，11 一穩(wěn)壓電源。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0040]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的一種在線檢測農(nóng)藥濃度的裝置，包括穩(wěn)壓電源11、運(yùn)放電路8、單片機(jī)9，還包括LED平行光源1、透明流道2、混藥出口 3、外殼4、凸透鏡5、CXD傳感器7、混藥進(jìn)口 10組成；其特征在于:LED平行光源I垂直照射流道2且有穩(wěn)壓電源11供電；(XD傳感器7與LED平行光源I和凸透鏡5在一條中心線上，CXD傳感器7與運(yùn)放電路8連接，再與單片機(jī)連接，單片機(jī)對CXD傳感器7進(jìn)行信號采集；LED平行光源I和外殼4是卡口連接，凸透鏡5與CXD傳感器7組成光強(qiáng)接收系統(tǒng)6，光強(qiáng)接收系統(tǒng)6和外殼4是卡口連接；透明流道2、混藥進(jìn)口 10和混藥出口 3均用用高透光性耐高壓塑料制成；外殼4由不透光材料做成。
[0041]CXD傳感器7為一個(gè)光電二極管陣列，包括線性CXD傳感器和面陣(XD。
[0042]LED平行光源I是由發(fā)光二極管和燈罩組成，額定工作電壓2.7^3.5V，發(fā)白光，可以通過改變穩(wěn)壓電壓大小來調(diào)節(jié)LED平行光源I光強(qiáng)大小，LED平行光源I光強(qiáng)調(diào)節(jié)范圍800(Tl4000mCd。當(dāng)測量濃度較小的農(nóng)藥溶液時(shí)調(diào)整穩(wěn)壓電壓使LED平行光源I光強(qiáng)較小，當(dāng)測量濃度較大的農(nóng)藥溶液時(shí)調(diào)整穩(wěn)壓電壓至LED平行光源I光強(qiáng)較大。
[0043]CXD傳感器7曝光時(shí)間可調(diào)，范圍為33.75μ s^lOOms,當(dāng)測量濃度較小的農(nóng)藥溶液時(shí)將曝光時(shí)間調(diào)小，當(dāng)測量濃度較大的農(nóng)藥溶液時(shí)將曝光時(shí)間調(diào)大?？膳c改變穩(wěn)壓電源電壓大小配合使用。
[0044]在采用該裝置實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥濃度在線檢測前先制定農(nóng)藥濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線圖。具體步驟為:
[0045]第一步:打開該農(nóng)藥濃度在線檢測裝置，調(diào)整最佳的LED平行光源供電電壓和CXD的曝光時(shí)間。最佳的LED平行光源供電電壓和CCD的曝光時(shí)間是指能使CCD傳感器的每個(gè)像素都處于非飽和但又無限接近飽和狀態(tài)時(shí)的LED平行光源供電電壓和CCD的曝光時(shí)間；
[0046]第二步:配置濃度等差遞增的農(nóng)藥若干份；
[0047]第三步:將其中一份農(nóng)藥與水混合后通過混藥進(jìn)口 10流入透明流道2中，LED平行光源I照射透明流道2 ；
[0048]第四步:(XD傳感器7吸收凸透鏡5折射的光，將產(chǎn)生的信號通過放大電路放大后傳遞給單片機(jī)；單片機(jī) 記錄該信號為g(x, y)0;
[0049]為了減少誤差，單片機(jī)可連續(xù)采集100次，記錄相應(yīng)的100次信號，g (x, y) 0取其平均值。單片機(jī)采集的是數(shù)據(jù)是所有像素點(diǎn)灰度值得和；
[0050]第五步:對剩余的不同濃度的農(nóng)藥依次按照上述第三步至第四步的方法操作，獲得各自對應(yīng)的信號值g(x，y)i (i>0);最終得到一張灰度值g(x，y)i與濃度c相對應(yīng)的關(guān)系表;
[0051]第六步:運(yùn)用回歸擬合法得到灰度值g(x，Wi與濃度c的關(guān)系式，建立模型。
[0052]采用該裝置實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥濃度在線檢測的方法:
[0053]第一步:使待測未知濃度農(nóng)藥通過混藥進(jìn)口 10，從透明流道2持續(xù)通過；
[0054]第二步:LED平行光源I照射透明流道2，CXD傳感器7接受凸透鏡5折射的光信息，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柦?jīng)過放大電路傳遞給單片機(jī)；
[0055]第三步:單片機(jī)將該信號值帶入模型，實(shí)時(shí)計(jì)算出該未知溶液的濃度值。
[0056]本實(shí)用新型的有益效果是:結(jié)構(gòu)簡單、成本低、反應(yīng)速度快、能連續(xù)在線檢測光照的一片區(qū)域內(nèi)混藥濃度等。
【權(quán)利要求】
1.一種在線檢測農(nóng)藥濃度的裝置，包括穩(wěn)壓電源(11)、運(yùn)放電路(8)、單片機(jī)(9)，其特征在于:還包括LED平行光 源(I)、透明流道(2)、混藥出口(3)、外殼(4)、凸透鏡(5)、C⑶傳感器(7 )、混藥進(jìn)口( 10 ); LED平行光源(I)垂直照射流道(2 )且有穩(wěn)壓電源(11)供電；CXD傳感器(7 )與LED平行光源(I)和凸透鏡(5 )在一條中心線上，CXD傳感器(7 )與運(yùn)放電路(8)連接，再與單片機(jī)連接，單片機(jī)對CXD傳感器(7)進(jìn)行信號采集；LED平行光源(I)和外殼(4)是卡口連接，凸透鏡(5)與CXD傳感器(7)組成光強(qiáng)接收系統(tǒng)(6)，光強(qiáng)接收系統(tǒng)(6)和外殼(4)是卡口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線檢測農(nóng)藥濃度的裝置，其特征在于:透明流道(2)、混藥進(jìn)口(10)和混藥出口(3)均用高透光性耐高壓塑料制成；外殼(4)由不透光材料做成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線檢測農(nóng)藥濃度的裝置，其特征在于:CCD傳感器(7)為一個(gè)光電二極管陣列，包括線性CCD傳感器和面陣CCD。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線檢測農(nóng)藥濃度的裝置，其特征在于:LED平行光源(O是由發(fā)光二極管和燈罩組成，額定工作電壓2.7^3.5V，發(fā)白光，可以通過改變穩(wěn)壓電源(11)電壓大小來調(diào)節(jié)LED平行光源(I)光強(qiáng)大小，LED平行光源(I)光強(qiáng)調(diào)節(jié)范圍800(Tl4000mcd。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線檢測農(nóng)藥濃度的裝置，其特征在于:CCD傳感器(7)曝光時(shí)間可調(diào)，范圍為33.75 μ s~100ms。
【文檔編號】G01N21/31GK203786025SQ201320782822
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】邱白晶, 楊亞飛, 何耀杰, 鄧武清, 許佳蕊 申請人:江蘇大學(xué)